无线通讯系统在矿井中的应用研究

2022-09-10

1. 矿井无线【信系统需求

矿井无线通信系统的应用便于煤矿安检人员、生产管理人员、移动生产人员等与指挥调度中心之间的相互联系，从而为生产、管理、援救提高通信保障能力。

矿井无线通信系统总目标就是建立全矿井Wi-Fi无线通信系统，更好地发挥通信系统在煤矿安全生产中积极作用，更好地保障煤矿通信联络、生产调度、协调指挥、应急处理、群体呼救等多项功能职能，达到资源共享、减员提效、安全生产的目的。

以井下光纤网络、千兆工业以太环网为骨干，以无线网络为延伸，在井下设立若干基站，通过无线通信手段，从而实现生产调度管理及信息交流等功能。为实现无线通信、人员定位与考勤管理、无线可视化、语音广播及各种井下传感器数据的统一采集与综合处理，提供了一个共用的平台，为实现通讯、语音、广播、定位、视频、数据的多网合一，以及生产调度、应急救援、安全监控与督察提供了良好的应用基础。

利用无线通讯手段，实现井下手机之间以及与地面各类终端，包括办公电话、手机等之间的通信需求。同时在利用该平台的基础上，可方便的搭载矿用无线移动可视化系统、人员定位系统、井下广播系统等。在实现语音和视频业务的同时，为数据及其它可拓展业务提供可复用平台，极大提高工作效率，改善生产安全环境。

2. 系统总体要求

(1)信号主要覆盖煤矿井下各运输巷、辅助运输巷、回风巷、井底车场、各采掘工作面巷道和其他重要场所，基本形成一个连续覆盖的煤矿网络，用户在基站之间无缝漫游。在各个基站安装点实现人员定位。对于井下巷道拐弯处、巷道上下坡处、障碍物处等特殊区域，利用增加基站的方式消除信号盲区，确保井下各个位置信号全覆盖。

(2)将整个矿井整合为一个可靠稳定的无线网络，并支持在基站间无障碍漫游。

(3)系统应具备广泛的网络扩展性，在考虑下一步矿井信息化建设的前提下，包含未来扩展子系统的综合应用。

(4)便捷的网络部署，基站即插即用，统一的网络配置和管理。

(5)在建设高性能和高可靠的网络基础上拥有较低的总体成本。

(6)系统频率2.4G，属于工业自由频段，不用向无线电管理委员会申请。

3. 系统配置方案

本文结合某矿实际案例详细介绍无线通讯系统的配置情况。

(1)矿用无线通信系统设备配置

(1)机房设备

机房设备主要有监控主机两台，IP/PBX网络语音交换机一台，网络交换机一台，无线交换机一台，山特2KVA/2h不间断电源一台。

不间断电源是为了防止突然停电，导致系统运行故障，中断KT109R矿用无线通信系统运行，同时可以将电压波动较大的供电电源进行处理，输出稳定的供电电源。接入电源为交流220伏的电源，输出为稳定的交流220伏的电源，在不间断电源背部有多个电源插座，用拖线板引出，分别接监控主机、IP/PBX网络语音交换机和无线交换机。

不间断电源安装位置应离开操作台，距离3米以上。安装时接地与供电地共用。

两台监控主机装有矿用无线通信系统软件，工作时两台机器处于开机、运行状态，界面实时显示人员及车辆监测信息。供电电源由UPS不间断电源引出的拖线板提供。信号传输由两台电脑网口引出网线，经D-LINK网络交换机相互连接。

两台监控主机安装位置在操作台。

②井上设备

井下配置4台地面大基站，4台地面小基站，每台地面大基站配置1根全向天线，每台地面小基站配置2根天线。地面大基站与地面小基站都与语音交换机连接。

(3)井下设备

井下配置35台矿用隔爆兼本安型无线基站控制器(或无线交换机)，130台型矿用隔爆兼本安型无线基站，每台基站配置2到3根天线。

(2)矿用隔爆兼本安型无线基站配置

针对矿井现场情况，无线基站控制器(或交换机)和无线基站主要分布井下-750西翼轨道大巷、-750西翼皮带大巷、-750东翼轨道大巷、-750东翼皮带大巷、7331工作面、8139工作面、7190材料道、7190溜子道、8139工作面、7332溜子道、7332材料道、II1采区探煤下山、II1采区轨道下山、-750西翼皮带大巷、-750西翼轨道大巷、II1水平回风巷、-750泵房、-400泵房、Ⅱ(3)采区轨道上山、Ⅱ(3)采区皮带上山、Ⅱ(3)采区猴车上山、Ⅱ(3)采区回风上山、-550进风石门、-550皮带石门、-550回风石门、东七采区轨道上山、东七采区皮带上山、东七采区回风上山、东九采区轨道上山、东九采区皮带上山、东九采区猴车上山、-550回风大巷、-400皮带大巷、-400轨道大巷、东五皮带上山、东五轨道上山、东三轨道上山、东三回风上山、三号下山石门、二号轨道下山、二号皮带下山、一号轨道下山、一号皮带下山、Ⅱ(1)采区轨道上山、皮带暗斜井、一号轨道暗斜井、二号轨道暗斜井、轨道暗斜井上部车场、主井清理斜巷、副井清理斜巷、主副井口、-400井底车场、-750井底车场、西二轨道上山、西二皮带上山上、8个采区回风巷、21个采区变电所、7个紧急避险硐室等等，共接130台矿用隔爆兼本安型无线基站，每台基站距离约400m。控制器安装在接近基站的位置，靠近控制器的基站使用矿用网线连接，距离不超过100m。

每个基站控制器下挂接4台基站，预留2-4个接口，方便以后扩容。每台设备直接用12芯光缆连接。

(3)井下光缆的铺设

基站控制器及基站之间用MGTSV-12B型12芯煤矿用阻燃单模光缆连接，井下和井上光电转换期之间用MGTSV-24B型24芯煤矿矿用阻燃单模光缆连接。短距离基站控制器和基站之间使用MHYV4×2×0.8型矿用通信电缆连接。巷道上一般都有无现成的电缆挂钩，铺设比较困难，需要加工标准的电缆挂钩。

4. 无线【通系统实施后预期项标

(1)建立无线通讯系统。该系统由地面语音服务器、核心交换机、地面用光端机、矿用本安基站、矿用本安环网交换机、矿用本安手机及光缆骨干网络组成，是整个无线物联网系统的核心组成部分。

(2)建立无线可视化系统。建立无线可视化系统，需要在井上服务器机房增加配置视频服务器，无线摄像仪终端便可以在井下任何有无线通信基站信号覆盖的地方使用，该设备通过矿用本安基站和交换机、光缆骨干网络等将视频上传到地面解码服务器，不仅可以在矿区内部网络中进行访问观看，还可以在任何有互联网覆盖的地方使用电脑、手机等媒体设备进行访问和观看。

(3)建立先进的通信平台。无线通信系统能够为用户提供统一的通信平台，实现调度通信和行政通信一体化、井下通信和井上通信一体化、有线无线一体化、通讯定位一体化以及语音、视频图像和数据通信的一体化。

(4)丰富的终端产品支持。无线通信系统能够提供丰富的终端产品。相比传统井下通信终端，井下专用终端为本安型终端，具有携带方便、使用安全、发射功率低、价格便宜等特点。手持终端不仅具有定位功能，还可以接收调度短信、接听调度电话和实现紧急呼叫。

(5)强大的业务支持能力。无线通信系统能提供丰富的增值业务，并使用统一的业务平台，便于业务的扩展。实现通过井下终端与井上的数据互传，可通过井上核心设备实现登陆互联网;实现调度功能，并可接入固定话机，实现有线无线一体化调度;可实现视频通话，软件升级后可实现彩信功能;系统井上设备可实现对井下设备的在线监控，以及故障告警等功能，产品还必须具有高稳定性和产品质量保证。

(6)建立井下安全通讯的保障。矿井无线通信系统必须符合井下通信的安全需求，所有井下设备均经过隔爆和本安防爆处理，通过国家的防爆认证和MA认证。

(7)提升井下作业安全性和应急响应力度。无线通信系统除话音业务外还集成了调度、短信、定位和工单处理等多种附加功能，实现对井下工作人员进行实时监测、动态跟踪，及时排查隐患并响应突发事件。

摘要：为了实现矿井管理的信息化、综合化、智能化以及确保安全生产的目标，建设矿井无线通信系统。无线通信系统在煤矿企业中的应用，可以实现井下部分和地面工业广场全部无线覆盖。此次设计能及时、灵活、准确地调度指挥生产，适应将来发展的需要。

关键词：无线通讯系统,智能化建设,系统配置